Конструкции холодильников

Охлаждение доменной печи имеет исключительно важное значение и преследует три основные цели.

1. Охлаждение предохраняет кожух печи от воздействия высоких температур.

2. Охлаждение способствует сохранности огнеупорной кладки печи.

3. При разгаре огнеупорной кладки печи охлаждение способствует образованию гарнисажа.

Холодильники, применяемые для охлаждения доменных печей, за исключением специальных (холодильники фурменных приборов и шлаковых леток) можно разделить на два вида: плитовые и коробчатые. Исследование систем охлаждения показало, что преобладающее число доменных печей в мире оборудовано коробчатыми холодильниками. Однако, число печей, оснащенных плитовыми холодильниками, возрастает. Системами охлаждения с плитовыми холодильниками в Японии оборудовано более 70 % доменных печей, в США - менее 5 %; в других странах Западной Европы -более 20 %. На некоторых доменных печах в Западной Европе и в России применяют обе системы холодильников.

Коробчатые холодильники выполняются из бронзы или мягкой малоуглеродистой стали. Эти холодильники устанавливаются горизонтально в литых или сварных стальных амбразурах, закрепляемых нам кожухе печи (рис. 4.1).

Рис. 4 1. Конструкции горизонтальных холодильников

При вертикальной системе охлаждения применяются чугунные плитовые холодильники, конструктивно различающиеся между собой в зависимости от размещения по зонам печи. Вертикальный плитовый холодильник представляет собой чугунную плиту толщиной 120-160 мм с залитыми внутри стальными трубками диаметром 32-50 мм. Шаг между трубками делается не более 270 мм. Это связано с тем, что при большем шаге между трубками наблюдается резкое возрастание температур в средней части холодильника между трубками, что в итоге приводит к быстрому выходу холодильника из строя. Вертикальные холодильники опоясывают кладку печи, поэтому в плане они выполняются по радиусу кожуха. Холодильники могут быть прямоугольными при установке их в цилиндрической части кожуха или трапециевидной формы - в конических частях кожуха. Холодильники отливаются из чугуна марок СЧ-15-32, СЧ-12-25, ЧЛ-3, СЧ-28. Различные виды вертикальных плитовых холодильников показаны на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Вертикальные плитовые холодильники: а - гладкий плитовый;
б - ребристый с залитым кирпичом; в - ребристый без залитого кирпича

В отличие от холодильников с залитыми в одной плоскости четырьмя трубками или одним змеевиком, двухрядный холодильник представляет собой утолщенную плиту тех же габаритов по высоте и ширине, с залитыми в двух плоскостях перекрещивающимися змеевиками, в которых обеспечивается восходящее движение воды. Холодильник при необходимости может быть выполнен с опорным выступом в средней или верхней части плиты для поддержания кладки (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Холодильник плитовый двухрядный с S-образной формой
металлической части и опорным выступом

По периферии лещади и горна (в том числе в фурменной зоне) устанавливаются только плитовые холодильники с гладкой поверхностью для лучшего отбора тепла от кладки и уменьшения нагрева тела самого холодильника (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Периферийный плитовый холодильник лещади

Конструктивно плитовые холодильники горна не отличаются от холодильников лещади; отличается лишь форма холодильников фурменной зоны (рис.). Сложная конфигурация холодиль­ников связана с необходимостью установки арматуры устройства для подвода воздуха в печь.

Рис. 4.5. Холодильник фурменной зоны

В заплечиках для лучшего образования гарнисажа используются ребристые холодильники с залитым кирпичом. Прочность сцепления гарнисажа с поверхностью такого холодильника получается очень высокой, что резко сокращает случаи его схождения в зоне заплечиков. Высота ребер делается от 75 до 230 мм, толщина ребер составляет обычно 50-60 мм. Значительно реже в этой зоне устанавливаются гладкие холодильники, которые, хотя и более рациональны с теплотехнической точки зрения, но могут быстрее выходить из строя вследствие сильного абразивного действия газового потока и трения кокса, особенно при неустойчивом гарнисаже.

Для улучшения сцепления гарнисажа с поверхностью холодильника используют холодильники, которые представляют собой чугунную плиту, в которой выполнены сквозные на всю толщину горизонтальные проемы, не доходящие до конца боковых граней, для чего металлической части плиты придается S-образная форма. В проем заливается огнеупорный клиновидный кирпич или другой высококачественный материал: муллит, карборунд. В металлической части плиты, обрамляющей проемы, заливаются один или два ряда охлаждающих змеевиков, имеющих также S-образную форму. Такие холодильники имеют ряд достоинств перед обычными конструкциями; в частности отмечается снижение расхода кокса на 3-4 кг/т чугуна.

Область маратора защищают сапожковыми холодильниками с выступами для защиты опорного кольца или горизонтальными холодильниками, имеющими часто самостоятельное охлаждение. Сапожковые холодильники выполняют преимущественно ребристыми, с залитым кирпичом, без него, а иногда гладкими.

Холодильники из чугуна с залитым кирпичом, показанные на рис. 4.6, служат как для охлаждения заплечиков, так и маратора. Конструкция отличается простотой и минимальным количеством вырезов в кожухе.

Рис. 4.6. Холодильник заплечиков и маратора:

1 – узел змеевиков; 2 – скоба; 3 - чугун СЧ15; 4 – кирпич ШПД42;

5 – картон асбестовый

В распаре и шахте применяют плитовые холодильники с залитым кирпичом и с ребрами без залитого кирпича. Холодильники верхнего ряда шахты имеют уступы величиной до 300 мм для опоры кладки неохлаждаемой части шахты. Большие абразивные воздействия на холодильники шахты должны компенсироваться оптимальным защитным слоем кирпича даже за счет некоторого ухудшения их теплопроводности и повышения теплового напряжения на холодильник.

Устройство выступов у холодильников (до 650 мм), устанавливаемых в средней части шахты (рис.4.7.), дает заметно лучшие результаты эксплуатации холодильников, но не исключает случаев прогара и неравномерного поля охлаждения, что вызывает появление термических напряжений в кладке и нарушение ее прочности.

Рис. 4.7. Холодильник шахты

Для повышения стойкости чугунных плитовых холодильников в настоящее время их изготавливают из высококачественного чугуна с глобулярным графитом (ВЧ-45, ВЧ-50). Они практически полностью вытеснили плиты из низколегированного чугуна. Новые холодильные плиты имеют повышенную пластичность и прочность, а также сопротивление воздействию высоких температур. Общим для различных типов холодильных плит из чугуна является устойчивость к тепловым потокам до 60 -70 кВт/м².

При более высоком уровне тепловых потоков используют медные вертикальные холодильные плиты. Общий вид вертикальных медных холодильников фирмы «Пауль Вюрт» представлен на рис 4.8 и 4.9.

Коэффициент теплопередачи между поверхностью медного холодильника и водой в 49 раз выше, чем между поверхностью чугунного холодильника и водой. Наряду с сокращением расхода охлаждающей воды на 30 -35 %, использование медных холодильников приводит к быстрому наращиванию и восстановлению гарнисажа.

Рис. 4.8. Медные холодильники фирмы «Пауль Вюрт»:

а – для охлаждения распара, заплечиков и низа шахты; б – для зоны чугунной летки

Рис. 4.9. Медные холодильные плиты ДП № 5 НТМК и ДП № 7 НЛМК

Это делает не нужным использование футеровки для защиты панелей, собранных из медных холодильников. На период задувки печи достаточно нанести слой торкрет-массы толщиной 50 -75 мм, заполняющей канавки горячей стороны холодильника. Толщина медных холодильников составляет 100 -130 мм.

Медный холодильник первого типа изготавливают из горячекатаного сляба, ширина и толщина которого соответствует размерам готового холодильника. Каналы охлаждения представляют собой круглые отверстия, высверленные в слябе. Такой холодильник характеризуется высокой теплопроводностью (380 – 385 Вт/м·К) по сравнению с холодильником из чугуна (45 Вт/м·К). Длина холодильника ограничивается возможностями оборудования для сверления каналов.

Холодильник второго типа изготавливают методом литья в форму - кристаллизатор. Для формирования каналов в кристаллизатор погружают охлаждаемые графитовые стержни. При использовании такой технологии можно изготавливать холодильники любой длины и толщины. Так, холодильники горна, не имеющие ребер и канавок, имеют толщину 80 -100 мм при длине до 5 м. Холодильники заплечиков, распара и шахты с канавками и ребрами имеют толщину 120 -130 мм. Для усиления охлаждающего эффекта используют каналы овальной формы.

Для охлаждения заплечиков и низа шахты разработана альтернативная конструкция медных холодильников – горизонтальные кронштейновые. Такие холодильники успешно применены на доменных печах № 4 и № 3 ОАО «Северсталь» (рис.4.10). И вертикальные и горизонтальные системы с медными холодильниками гарантируют срок службы шахты не менее 15 лет.

При использовании медных холодильников упрощается конструкция кожуха печи, сокращаются работы по монтажу трубопроводов, уменьшается требуемое количество охлаждающей воды, обеспечивается гладкий рабочий профиль, образуется устойчивый слой гарнисажа, работающего как эффективный теплоизолятор, при тех же размерах кожуха значительно увеличивается полезный объем печи.

Рис. 4.10. Конструкция кладки с медными горизонтальными холодильниками

Дата добавления: 2015-07-18